睿眼隨心
——漸凍人腦電輔助交互系統

西安交通大學

王浩沖，沈小鍵，賈 磊，李鴻鑫，楊子康

指導老師：徐光華

1 作品簡介

對于日漸喪失肌肉控制能力的漸凍癥患者來說，與外界保持良好的溝通是他們最大的期盼。但隨著病情的加重，傳統的人機交互方式無法從根本上解決病人的語言溝通問題。“睿眼隨心”輔助交互系統則應用基于穩態視覺誘導的腦電波檢測技術，創新設計出棋盤格刺激范式，可準確、高效地實現意念拼字，意念開關多媒體設備等，更好地幫助漸凍癥患者通過電腦與外界交流，改善他們的生活狀況。

2 工作原理

1963年，年僅21歲的霍金不幸患上了一種名為“肌肉萎縮性側索硬化癥”的疾病。2014年風靡一時的“冰桶挑戰”，其由來便是為漸凍癥病人捐款而發起，“漸凍人”也因此進入人們的視野，目前全球有300萬漸凍癥病人以及數以千萬計的四肢癱瘓病人。

半個世紀以來，霍金在輔助替代溝通設備上的需求一定程度上引領著人機交互領域的變革，霍金每一次病情惡化都導致一項技術被迫淘汰，而科技一次次地幫助他重新“開口”講話。但隨著肌肉的萎縮，腦電波將成為輔助漸凍人與外界交互的最好方式。

然而目前傳統的腦電波采集技術存在著準確性差、效率低、成本高等問題，對于目前較為準確的穩態視覺誘導腦電激發方式，我們創新設計了牛頓環和棋盤格刺激范式，有效提高了腦電的檢測準確性，將其應用于腦控拼字、腦控多媒體系統開關均取得了良好的效果。這對于漸凍人輔助交互系統的研發與應用具有重要意義，也將有效改善他們的生活狀況，對腦康復醫療領域發展有著重要意義。

準確、便利、高效是制約漸凍人人機交互系統發展的重要因素，而“睿眼隨心”系統很好地解決了上述問題。作品采用Neuroscan腦電讀取設備捕捉大腦腦電信號，創新設計了牛頓環和棋盤格穩態視覺刺激范式，能夠準確快速的誘導出大腦視覺區相應腦電信號，由此可以實現通過腦電進行人機交互。我們設計了40個棋盤格的拼字鍵盤，患者只需看著相應棋盤格閃爍就可實現字符的拼寫輸出，這樣就完成了漸凍癥患者的語言交流。同時，也可以應用腦電信號作為多媒體系統開關，讓患者獨自觀看視頻、聽音樂、娛樂等，有效提高他們的生活質量，改善生活狀況。

3 創新點

（1）選用穩態視覺誘導技術作為腦電信號激發方式，準確高效，無需訓練，應用范圍廣；

（2）創新設計了牛頓環和棋盤格的刺激范式，有效改善了易疲勞、刺激強等缺點；

（3）設計了40棋盤格鍵盤、多媒體開關牛頓環，操作簡單，方便患者使用。

4 市場前景

（1）用戶需求

目前全球有300多萬漸凍癥患者以及數以千萬計的高位截癱患者，與外界保持良好的溝通方式是他們最大的期盼。從人道主義的角度出發，改善他們的生活狀況也是我們努力的方向。然而目前能用上人機交互設備的漸凍癥患者少之又少，此類醫療設備目前還存在很大缺口。

（2）國家政策

殘疾人醫療即將納入醫保，滿足患者醫療康復需求，醫療康復器械有望迎來春天。同時國內康復機器人政策頻出，預計還將在“十三五”規劃中迎來利好。

（3）研發前景

作為一種腦機接口新技術研發，此類系統的成功應用對腦控康復醫療領域有重要意義，也將促進腦科學的發展。